Открытые горные работы Лекция 1: Основные понятия и определения

Карьер – горное предприятие, осуществляющее добычу полезного ископаемого открытым способом (открытыми горными работами).

Карьер – выемка в земной коре, ограниченная искусственно созданной поверхностью, являющаяся результатом работ по добыче полезного ископаемого открытым способом.

В практике открытой разработки угольных и россыпных месторождений, термин «карьер» обычно заменяют на «разрез» и «прииск» соответственно.

Вскрыша – выемка пород, покрывающих полезное ископаемое, для обеспечения к нему полного доступа. Вскрыша осуществляется горизонтальными или слабонаклонными слоями, при этом боковая поверхность карьера приобретает уступную форму. для вскрыши чаще всего применяются экскаваторный или гидравлический способы.

Уступ – часть боковой поверхности карьера, имеющая форму ступени.

Рисунок 1 – основные элементы уступа:

1 – верхняя площадка уступа.

2 – верхняя бровка уступа.

3 — откос уступа.

4 – нижняя площадка уступа.

5 – нижняя бровка уступа.

6 – забой уступа.

H – высота уступа.

— угол откоса уступа.

Рабочая площадка уступа – площадка уступа, на которой размещается основное оборудование для его отработки Ширина рабочей площадки уступа превышает его высоту в 2 –4 раза.

Берма – площадка, на которой работа не производится. Различают предохранительные и транспортные (соединительные) бермы.

Откос уступа — наклонная поверхность, ограничивающая уступ со стороны выработанного пространства.

Угол откоса – угол, образуемый плоскостью уступа и горизонтальной плоскостью.

Забой уступа – часть уступа, служащая объектом воздействия горного оборудования.

Особенности открытого способа:

— Необходимость удаления больших объемов вскрышных пород, что является основным затратным элементом в общем процессе добычи полезного ископаемого.

— Строгая последовательность добычи, где отработка нижних слоев возможна только после извлечения верхних слоев.

— Широкие возможности использования крупногабаритного и высокопроизводительного специализированного горного оборудования, что обеспечивает полную механизацию и автоматизацию всех процессов добычи.

Преимущества открытого способа:

возможность обеспечения высокого уровня автоматизации и механизации горных работ;

высокая производительность труда;

низкая себестоимость полезного ископаемого;

более безопасные условия труда;

более полное извлечение полезного ископаемого;

меньшие капитальные затраты.

Недостатки открытого способа:

— Зависимость некоторых технологических параметров от климатических условий.

— Значительный экологический ущерб, связанный с проведением горных работ.

Основные показатели открытых горных работ:

— Годовая производительность разреза по добыче полезного ископаемого и вскрыше.

— Коэффициент вскрыши.

— Месячная производительность труда рабочего по добыче полезного ископаемого.

— Затраты на 1 кубический метр вскрыши.

— Производственная и полная себестоимость добычи полезного ископаемого.

— Капитальные затраты на 1 тонну (1 кубический метр) добычи полезного ископаемого.

— Годовая прибыль и рентабельность разреза.

Для сравнения различных вариантов проектирования карьера используются приведенные затраты

З_п=(С+Е_н К)Q, руб

где:

С – себестоимость 1 т полезного ископаемого, руб/т;

Е_н – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений = 0,1 – 0,2;

к – капитальные затраты на 1 т полезного ископаемого, руб;

Q – годовой объем добычи полезного ископаемого, т.

Понятие о коэффициенте вскрыши

Коэффициент вскрыши определяется отношением объемного или весового количества вскрыши к количеству добытого или подлежащего добыче полезного ископаемого. В зависимости от единиц измерения, которые применяются, коэффициент вскрыши может быть выражен в весовых (тонн/тонн), объемных (кубических метров/кубических метров) или смешанных (вскрыша/полезное ископаемое в кубических метрах на тонну) единицах.

Также различают средний, текущий, контурный, граничный и плановый коэффициенты вскрыши, которые имеют специфическое значение в контексте оценки добычи полезного ископаемого.

Средний коэффициент вскрыши К_ср определяется отношением объема V_в вскрыши к объему V_и полезного ископаемого в конечных контурах карьера

К_ср = V_в/ V_и

Текущий коэффициент вскрыши К_т определяется отношением объема V_в.т вскрыши, перемещенного из карьера или в пределах его границ за определенный промежуток времени (год, квартал, месяц) к объему V_и.т полезного ископаемого, добытого за тот же промежуток времени

К_т = V_в.т/ V_и.т

Контурный коэффициент вскрыши К_к определяется отношением объема вскрыши к объему полезного ископаемого, извлекаемому при изменении конечных контуров карьера.

Граничный коэффициент вскрыши К_гр характеризует удельный максимальный объем перемещаемых пород, при котором затраты на добычу единицы полезного ископаемого открытым способом не превышают аналогичных затрат С_п при подземном способе, т.е.

С_п

=С_о+К_тС_в

где:

С_о – затраты на добычу 1 т(м³) полезного ископаемого без учета затрат на вскрышу, руб;

С_в – затраты на 1 м³ вскрышных работ, руб;

К_т – текущий коэффициент вскрыши.

Граничное значение текущего коэффициента вскрыши определяется из выражений

С_о+К_тС_в=С_п К_т=К_гр=(С_п — С_о)/С_в

Плановый коэффициент вскрыши К_п – значение коэффициента вскрыши, которое принимается для определения себестоимости С полезного ископаемого при погашении затрат на вскрышные работы в период эксплуатации

С=С_и.т+К_пС_в.т

где:

С_и.т — текущие затраты на добычу 1 м³ полезного ископаемого без учета затрат на вскрышу, руб;

С_в.т – текущие затраты на 1 м³ вскрыши, руб.

Значения коэффициентов вскрыши играют важную роль в оценке эффективности открытых горных работ. Они помогают определить экономически целесообразные границы добычи и глубину карьеров при работе с наклонными или крутыми залежами, расположенными на большой глубине. Коэффициенты вскрыши также используются для планирования и контроля производства в карьере, а также расчета себестоимости добываемого полезного ископаемого.

Карьер и его элементы. Определение параметров элементов карьера

— Карьерное поле — это месторождение или его часть, предназначенная для разработки одним карьером. Оно представляет собой геометрическое тело сложной формы, ограниченное контурами карьера.

— Борт карьера — боковая поверхность, ограничивающая карьер.

— Подошва карьера — нижняя поверхность, ограничивающая карьер снизу.

— Верхний и нижний контуры карьера — линии, где борт карьера пересекается соответственно с поверхностью и подошвой.

— Угол откоса борта карьера — угол, образуемый бортом карьера и горизонтальной плоскостью, проходящей через его подошву.

— Рабочий борт карьера — борт, на котором ведутся текущие горные работы.

— Глубина карьера — среднее расстояние между подошвой и средней отметкой поверхности.

— Конечные контуры карьера — контуры, соответствующие окончанию открытых горных работ. Они определяют окончательные размеры и глубину карьера. На поверхности этот контур также называется технической границей карьера.

— Главные параметры карьера включают объем горной массы в контурах, конечную глубину, размеры по подошве, углы откосов бортов, запасы полезного ископаемого в контурах и размеры на поверхности.

Объем горной массы в контурах карьера (Vг.м) является одним из главных показателей, характеризующих масштаб работ и продолжительность существования карьера. Формула для его расчета была предложена член-корреспондентом АН СССР В.В. Ржевским:

м³       (1.1)

где:

Н_к –глубина карьера, м;

S – площадь подошвы карьера, м²;

l_n – длина n-го участка борта, м;

_n – угол откоса n-го участка борта, град;

_ср – средний угол откоса борта, град.

град       (1.2)

Согласно определению текущего коэффициента вскрыши , можно записать

К_т=(V_г.м — V_и)/ V_и, м³/м³       (1.3)

Исходя из формулы (1.1)

  (1.4)

Приращение объема полезного ископаемого

       (1.5)

где:

m_г – горизонтальная мощность залежи, м;

L_д – длина дна карьера, м.

Из выражений 1.3, 1.4 и 1.5 получаем

      (1.6)

где Р – периметр подошвы карьера.

Преобразуя выражение 1.6 к виду

      (1.7)

где _р – угол откоса рабочего борта карьера, град. и решив квадратное уравнение относительно H_к получим формулу для определения промежуточной глубины карьера, при которой текущий коэффициент вскрыши будет равен граничному коэффициенту

.

, м       (1.8)

или

      (1.9)

где

       (1.10)

Конечная глубина карьера определяется из выражения

.

, м       (1.11)

Аналитические методы, используемые для расчета конечной глубины карьеров, являются приближенными, поскольку они не учитывают все особенности месторождения, включая горно-геологические и топографические параметры. Для достижения более точных результатов в этой задаче применяются другие методы, такие как графические, графо-аналитические и метод вариантов. Технико-экономические расчеты показывают, что для некоторых месторождений страны разработка до глубины 700-800 метров является целесообразной.

Балансовые запасы – это запасы, которые могут быть экономически разработаны с использованием современной техники и технологии.

Забалансовые запасы – это запасы, которые экономически невыгодно разрабатывать при существующем уровне техники и технологии.

Промышленные запасы – это часть балансовых запасов, которая может быть извлечена из недр.

Проектные потери – это часть балансовых запасов, которая предусмотрена для бесповоротного оставления в недрах. В карьерах обычно потери составляют от 3 до 10 процентов.

Зависимость открытых горных работ от природных факторов

Обоснование экономической целесообразности использования открытого способа горных работ и выбор их технологии и механизации зависит от:

рельефа топографической поверхности месторождения;

положения залежи относительно поверхности;

угла падения, мощности и формы залежи;

климатических и гидрогеологических условий.

Рельеф поверхности может представлять равнину, склон, возвышенность, холмистую поверхность, водную поверхность.

В зависимости от положения залежи относительно поверхности она может быть:

поверхностной – мощность покрывающих пород 25 –30 м;

глубинной — мощность покрывающих пород более 30 м;

высотной – выше господствующего уровня топографической поверхности;

глубинно-высотной.

По углу падения различают следующие залежи:

горизонтальные;

пологие – угол падения 0 – 12^о;

наклонные — угол падения 13 – 30^о;

крутые – угол падения более30^о.

По мощности различают залежи:

пологие по вертикальной мощности

весьма малой мощности – 3-5 м;

малой мощности – 6 –20 м;

средней мощности – 20-40 м;

мощные более 40 м.

наклонные и крутые – по горизонтальной мощности

весьма малой – 15 –20 м;

малой – 25-75 м;

средней – 75 – 100 м;

большой мощности более 100 м.

По строению различают простые, сложные и рассредоточенные залежи.

Простые залежи имеют однородное строение.

Сложные залежи содержат прослойки пустых пород и некондиционного полезного ископаемого.

Рассредоточенные залежи содержат прослойки полезного ископаемого в виде тел, распределенных в массиве вмещающих пород.

Обводненность карьера определяется из выражения

k_вод =V_вод/Q_и

где:

V_вод — объем воды, откачиваемый из карьера за время t, м³;

Q_и – добыча полезного ископаемого за то же время, т.

Жесткость погодных условий оценивается показателем жесткости

Ж=t+2v_в, баллы

где:

t – абсолютное значение температуры, ^оС;

v_в— скорость ветра, м/с.

.

Pro

.

About Author